第1单元-第2章-第4节

第页第四节干细胞工程1．描述干细胞分类。(重点)2．举例说出胚胎干细胞的移植。(难点)干细胞的概念及其分类1．干细胞具有自我更新和分化发育潜能的原始细胞。2．干细胞分类(依据分化潜能的大小)(1)全能干细胞：具有形成机体的任何组织或器官直至形成完整个体的潜能，如受精卵。(2)多能干细胞：具有分化成多种组织的潜能，但不能发育成完整的个体，如骨髓造血干细胞。(3)专能干细胞：只能分化成某一类型的细胞，如神经干细胞。eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨eq\a\vs4\al(1)：全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞全能性的大小顺序为？提示：全能干细胞＞多能干细胞＞专能干细胞。探讨eq\a\vs4\al(2)：各类干细胞都能形成一个完整个体吗？提示：各类功能干细胞都具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞，但只有全能干细胞才具有发育成完整个体的潜能。探讨eq\a\vs4\al(3)：胚胎发育过程中不同干细胞之间存在怎样的关系？提示：受精卵→全能干细胞→多能干细胞→专能干细胞。eq\a\vs4\al([思维升华])1．对干细胞的理解(1)干细胞是机体内未分化或未完全分化的细胞，它们的增殖和分化，可以实现机体组织细胞的更新，也可以发育成某一组织、器官。(2)机体内的一般体细胞已经发生了分化，而这种分化一般是不可逆的，所以分化了的体细胞一般失去了分裂增殖能力，即细胞的自我更新能力。2．干细胞类型比较名称全能干细胞多能干细胞专能干细胞特点具有形成机体的任何组织或器官直至形成完整个体的潜能具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞举例受精卵、胚胎干细胞造血干细胞神经干细胞应用用于病人的器官移植等造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液病等的有效手段通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症1．下列关于胚胎干细胞的叙述，哪项是不正确的()A．动物胚胎的每一个细胞都是胚胎干细胞B．胚胎干细胞具有分化为动物各种组织的潜能C．胚胎干细胞的遗传物质在质和量上与受精卵相同D．胚胎干细胞在体外可被诱导分化为不同的组织类型【解析】胚胎干细胞主要来源于囊胚期的内细胞团；由于其分化的全能性，也可在体外培养时诱导为不同的机体组织；细胞分化是基因选择性表达的过程，细胞中的遗传物质并不发生改变。【答案】A2．脐血是新生婴儿脐带在被结扎后由胎盘脐带流出的血。(1)留下脐血，主要是脐血中含有大量________的造血干细胞。从免疫学角度分析，脐血自身移植的优点是____________。(2)干细胞是一类具有分裂能力的细胞，可以分为____________、____________、____________。(3)观察下图，分析干细胞与各种细胞之间的关系，用一句话概括说明。__________________________________________________________________。【解析】干细胞是指具有分化能力的细胞，具有再生各种组织器官和完整个体的能力，在生命成长和发育中起主干作用，医学界将其称为“万能细胞”，它可以分为全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞。脐血中含有大量未成熟的造血干细胞，进行移植属自体移植，排斥反应很小。【答案】(1)未成熟排斥反应小(2)全能干细胞多能干细胞专能干细胞(3)血液和淋巴中的各种细胞都是从造血干细胞中分化而来的。干细胞工程与干细胞移植1．干细胞工程指在体外对干细胞进行操作，包括体外增殖、定向诱导、分化、基因修饰和组织形成等，最终将干细胞培养成人们所需要的各种细胞、组织甚至器官。2．造血干细胞移植(1)造血干细胞的基本特征：自我维持和自我更新。(2)分化过程①正常情况下——自我维持造血干细胞eq\o(→,\s\up10(进行不对称有丝分裂))祖细胞eq\o(→,\s\up10(分化),\s\do5())成熟的血细胞。②在损伤、修复等情况下——自我更新造血干细胞通过对称性有丝分裂，迅速实现自我更新，即造血干细胞→造血干细胞。(3)来源主要来自骨髓、动员后的外周血和脐带血。(4)意义成为临床治疗某些血液系统疾病、遗传性血液病、顽固性自身免疫性疾病、严重免疫缺陷疾病以及癌症化学治疗与放射性治疗后免疫力低下等的有效手段。3．胚胎干细胞移植(1)胚胎干细胞的定向诱导分化根据不同的移植对象和要求，将胚胎干细胞定向诱导分化为各种功能性细胞或相应的干细胞。(2)操作过程分离培养的胚胎干细胞 遗传操作胚胎干细胞库 定向诱导分化各种功能性细胞或相应的干细胞 移植输入患者体内eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨eq\a\vs4\al(1)：目前限制胚胎干细胞移植技术的关键是什么？提示：胚胎干细胞定向诱导分化条件不能确定，从而限制了此技术的临床应用。探讨eq\a\vs4\al(2)：干细胞可通过哪些途径获得？提示：①从体外培养的早期胚胎获得。②从早期流产的胎儿获得。③从克隆的胚胎获得。④从成体获得。探讨eq\a\vs4\al(3)：某人患有严重的肝衰竭，如果你是医生，那么该患者能利用胚胎干细胞培养治疗吗？提示：能。因为利用ES细胞能诱导分化形成新的组织细胞，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。eq\a\vs4\al([思维升华])1．造血干细胞移植类型(1)按照造血干细胞的来源部位，可将造血干细胞移植分为骨髓移植、外周血干细胞移植和脐带血干细胞移植。(2)按照造血干细胞来自患者自身与否，可将造血干细胞移植分为自体移植和异体移植。2．胚胎干细胞移植利用胚胎干细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植胚胎干细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。目前，在动物实验方面，用胚胎干细胞诱导分化出的某些组织细胞已成功地治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑难病症。也许在不久的将来，当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时，就可以通过诱导胚胎干细胞定向分化来及时修补。1．通过特定方法，科学家将小鼠和人已分化的体细胞成功地转变成了类胚胎干细胞。有关分化的体细胞和类胚胎干细胞的描述，正确的是()A．类胚胎干细胞能够分化成多种细胞B．分化的体细胞丢失了某些基因C．二者功能有差异，但形态没有差异D．二者基因组相同，且表达的基因相同【解析】类胚胎干细胞具有胚胎干细胞的特点。细胞内基因的选择性表达形成了功能不同的体细胞，但仍含有本物种的全部基因。【答案】A2．阅读如下材料：资料甲：传统哺乳动物的胚胎干细胞是在经核移植构建成重组胚胎的过程中获得的。资料乙：现代在哺乳动物的体细胞中导入4个多能性相关的基因、2种特殊组蛋白的基因，在添加特殊化合物的培养基中培养，能快速获得诱导性多能干细胞(iPS)。但是，这种方法诱导的多能干细胞必须应用逆转录病毒才能进行基因组整合。资料丙：应用iPS已经成功培养和分化出心肌、神经、胰腺、骨等多种体细胞和不同的组织，多能干细胞的研究在器官再生、修复和疾病治疗方面极具应用价值。回答下列问题：(1)iPS建立的过程需将病毒介导后的细胞接种于饲养层细胞上，并于ES细胞专用培养体系中培养，以维持不分化状态；所用逆转录病毒相当于基因工程中的________，且病毒应对生物体________。(2)在体外培养条件下，培养液中加入________因子，可诱导iPS向不同类型的组织细胞分化，分化的实质是细胞中基因________的结果。(3)对上述两种方法获得的由自体干细胞诱导分化形成的相应组织、器官进行移植，与传统器官移植相比，其优点是可避免发生________反应。【答案】(1)(运)载体无害(2)分化诱导选择性表达(3)免疫排斥1．动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。对右图的相关叙述中，错误的是()【导学号：99310036】A．a过程表示干细胞能自我更新B．b、c过程表示干细胞具有分化能力C．a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同D．b过程形成的细胞直接组成器官，可供器官移植使用【解析】干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。b过程形成的细胞可直接组成组织，但不能直接组成器官。【答案】D2．现有一个婴儿在出生后医院为他保留了脐带血，在以后他生长发育过程中如果出现了某种难以治疗的疾病，就可以通过血液中的干细胞来为其治病。下列关于这个实例的说法，正确的是()A．用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，需要激发细胞的所有全能性B．用脐带血中的干细胞能治疗这个孩子所有的疾病C．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用到细胞培养技术D．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，应该长期给他使用免疫抑制物【解析】用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，不需要激发细胞的所有全能性。用脐带血中的干细胞只能培育出人体的许多器官用来移植，但不是所有疾病都能治疗，如流行性疾病。如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用到细胞培养技术，使干细胞发育成器官。由于用他的干细胞培育出的器官是由自身的细胞培育成的，不发生免疫排斥反应，所以不用长期给他使用免疫抑制物。【答案】C3．脐带血是新生婴儿脐带被结扎后由胎盘脐带流出的血。脐带血中含有大量未成熟的造血干细胞，将脐血干细胞进行移植，对白血病、再生障碍性贫血等恶性血液病具有疗效。与骨髓干细胞移植相比，脐血干细胞移植属自体移植，不会因寻找适合骨髓的等待而延误治疗时机，且排斥反应很小，医疗费用也较低。此外，脐血干细胞移植作为恶性肿瘤治疗的辅助疗法，能明显减轻化疗所引发的不良反应。造血干细胞的分化如下：(1)临床上使用的造血干细胞，除材料中提到的来源外，还来自________和________。(2)干细胞是一类具有分裂能力的细胞，由上图可知，造血干细胞经分裂、分化可形成不同功能的细胞，这是造血干细胞中______________的结果。(3)图中T淋巴细胞是在人体的________(器官)中成熟的。当受到外来抗原的刺激后将产生效应T淋巴细胞，进行________免疫。(4)上图给出的细胞中能产生抗体的是________。(5)科学家们试图利用干细胞来进行动物克隆或人体器官的克隆，以解决医疗难题。请问，以干细胞为克隆材料优于一般体细胞的理由是：干细胞具有较高的________。【解析】临床上使用的造血干细胞主要来源于骨髓、动员后的外周血和脐带血。造血干细胞是未成熟的多能干细胞，具有很强的分裂能力和较高的全能性，能分化形成各种造血祖细胞，再经定向诱导形成各种功能性血细胞，这是基因选择性表达的结果。其中，B淋巴细胞和T淋巴细胞就是由造血干细胞形成的淋巴祖细胞分化而来的。B淋巴细胞在骨髓中成熟，再分化成效应B淋巴细胞，分泌抗体，参与体液免疫。T淋巴细胞在胸腺中成熟，再分化形成效应T淋巴细胞，参与细胞免疫。【答案】(1)骨髓动员后的外周血(2)基因选择性表达(3)胸腺细胞(4)效应B淋巴细胞(5)全能性4．胚胎干细胞(ES细胞)在基础生物学、畜牧学和医学上具有十分重要的价值，其应用前景吸引众多科学家投入到这一研究领域中。根据相关知识，回答下列问题：(1)哺乳动物的胚胎干细胞(ES细胞)是由________或原始性腺中分离出来的一种细胞，在功能上具有____________，即可以分化出成年动物体内任何一种组织细胞。(2)ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料，ES细胞在饲养层细胞上能维持不分化的状态。在培养基中加入________可诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化。(3)ES细胞的另一个应用前景为体外诱导分化，从而培育出人造组织器官，进而解决临床上存在的供体器官不足和________问题。此外，科学家还试图用基因工程方法对动物器官进行改造：向器官________(填“供体”或“受体”)基因组中导入某种调节因子，以抑制________(填“抗原”或“抗体”)决定基因的表达，或设法除去该基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因动物器官。【解析】(1)胚胎干细胞(ES细胞)是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，在功能上具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。(2)ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料，ES细胞在饲养层细胞上能维持不分化的状态，在培养液中加入(分化)诱导因子可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化。(3)ES细胞的另一个重要的应用前景为体外诱导分化，从而培育出人造组织器官，进而解决临床上存在的供体器官不足和免疫排斥问题。此外科学家还试图用基因工程方法对动物器官进行改